自动导向车分类及其原理
【摘 要】自动导向车(AGV)技术在汽车工业上有着广泛的用途，它是机电一体化的典型代表，其应用能提高汽车总装程序的自动化程度与生产效率。因此，明确AGV的原理以及分类对AGV的使用、保护、维修、优化、发展很关键。
【关键词】AGV 自动导向 分类 导向方法 原理
一、AGV的组成及分类
自动导向车是采用自动或者人工方式装在货物，按设定的路线自动行驶或者牵引着载货台车至指定地点，再用自动或者人工方式装卸货物的工业车辆。AGV只有按无聊搬运作业自动化、柔性化和准时化的要求，与自动导向车系统才能真正发挥作用。
1.组成
AGV从发明至今已经有50年的历史，随着应用领域的扩展，其种类和形式变得多种多样。AGV一般有导向系统、车体、蓄电池、充电装置、驱动装置、转向装置、移载装置、控制与通信系统、安全装置等组成。
导向系统是核心部分，用来保证AGV按设定的路线自动行驶。
车体由车架、减速器、电动机、车轮等组成，车架常采用焊接钢结构，要求有足够的韧性。
蓄电池常用24V或者48V直流工业蓄电池，供电周期为20h左右。
驱动装置由车轮、减速器、制动器、电动机及速度控制器等部分组成，并由计算机或者人工进行控制，它是一个伺服驱动的变速控制系统。
转向装置的结构有三种：铰轴转向式三轮车型、差速转向式四轮车型和全向轮式四轮车型。
移载装置用来装卸货物，以装在方式分为被动装载卸和主动装卸。
控制与通信系统包括车上控制器和地面控制器，均采用微型计算机，通过通信网络进行联系。
AGV的安全装载包括多级硬件和软件。例如，在AGV地前面设有红外光非接触式防碰传感器和接触式传感器——保险杠；AGV的前后有黄色警示信号等，当
AGV行走时信号灯闪烁；每个驱动轮带有安全制动器，断电时制动器自动接上；小车每一面都有急停按钮和富有传感器的安全保险杠，当小车轻微接触障碍物时，保险杠受压，小车停止；一旦停止，AGV自动竞选圣光报警，同时通过无线通信系统通知AGV监控系统。
2.AGV的分类
AGV一般可按3种方式来分类，即导引方式、驱动方式和移载方式。
（1）按导引方式来分：
a) 坐标自动导引车；
b) 电磁自动导引车；
c) 磁带自动导引车；
d) 光学自动导引车；
e) 激光自动导引车；
f) 惯性自动导引车；
g) 视觉自动导引车。
（2）按驱动方式分：
a) 单轮驱动自动导引车；
b) 双轮驱动自动导引车；
c) 多轮驱动自动导引车。
根据驱动的方式，AGV还可能有不同的驱动方法：单轮兼转向，差速、全方位等。
（3）按移载方式（执行机构）
a) 叉式自动导引车；
b) 牵引式自动导引车；
c) 搬运型自动导引车；
d) 装配型自动导引车。
这里的移载方式分类都是大类，比如说，叉式就会有落地叉式，平衡叉式等；牵引式是指不承载或不完全承载搬运对象重量的AGV；搬运型AGV完全承载搬运对象的重量，可能采用的移载机构多种多样，如辊道，皮带，推挽等方式，当然也包括人工装卸；装配型是指用AGV构成了柔性的装配生产线，一般配以专用的
工艺工装。
二、AGV的导向原理
1.导向方式与导向方法及各自的原理
导向方式按导向信息的来源可分为外导式和内导式，外导式的导向方法包括电磁导向、超声导向、激光导向、光学导向、视觉导向；内导向包括坐标识别、惯性导向、自主导航。按导向线路
的形式可以分为有线式和无线式，
有线式包括电磁线路、磁带线路、
色带线路、网络线路、视觉线路，
无线式包括超声导向、激光导向、
坐标识别、惯性导向、自主导航。
其中外导式是指在车辆运行
路径上设置导向信息媒体（如带有变频感应电磁场的导线、磁带或者色带等），由车上的传感器检测导向信息的特征（如频率、磁场强度、光强度等），再将此信息经过处理，控制车辆沿导向路线行驶。
内导式是指在车辆上预先设定运行路线坐标，在车辆运行中实时监测车辆当前位置坐标并与预先设定值想比较，控制车辆的运行方向，即采用所谓的坐标定位原理。
外导式中的超声导向、激光导向和光学导向可以称为标志反射法，内导式方法可以称为参考位置设定法。
在上述各种导向方法中，所采用的导向技术主要有电磁感应技术、激光检测技术、超声检测技术、光发射检测技术、图像识别技术和坐标识别技术等。
2几种主要导向方法及其原理。
（1）电磁感应引导式AGV及其原理
电磁感应式引导一般是在地面上，沿预先设定的行驶路径埋设电线，当高频电流流经导线时，导线周围产生电磁场，AGV上左右对称安装有两个电磁感应器，它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映AGV偏离路径的程度。AGV的自动控
制系统根据这种偏差来控制车辆的转向，连续的动态闭环控制能够保证AGV对设定路径的稳定自动跟踪。这种电磁感应引导式导航方法目前在绝大多数商业化的AGVS上使用，尤其是适用于大中型的AGV。
电磁导向又分为以下两种。
1） 单频制导向。它是指在整个线
路上通以单频率电流，通过通
断电流信号控制运行。该方法
要求设置集中控制站，并在各
线路的交叉和分支处创设传
感标志和分支路段的通断接
口。
2） 多频制导向。它是指在每个换
线或分支路线上通以不同频
率的电磁信号，AGV接收到相应频率的电磁信号时才能运行。该方
法可靠性高，但是对地面的平整度要求高，改变运行路径困难。
（2）激光引导式AGV及其原理
该种AGV上安装有可旋转的激光扫描器，在运行路径沿途的墙壁或支柱上安装有高反光性反射板的激光定位标志，AGV
依靠激光扫描器发射激光束，然后接受由
四周定位标志反射回的激光束，车载计算
机计算出车辆当前的位置以及运动的方向，
通过和内置的数字地图进行对比来校正方
位，从而实现自动搬运。
目前，该种AGV的应用越来越普遍。
并且依据同样的引导原理，若将激光扫描器更换为红外发射器、或超声波发射器，则激光引导式AGV可以变为红外引导式AGV和超声波引导式AGV。
（3）光学引导式AGV及其原理。
采用光学检测技术引导AGV的运行方向，
一般是在运行路径上铺设一条具有稳定反光率的色带。车上没有光源发射和接受反射光的光电传感器，通过对检测
到得信号进行比较，调整车辆的运行方
向。
（4）视觉引导式AGV及其原理
视觉引导式AGV是正在快速发展和
成熟的AGV，该种AGV上装有CCD摄像
机和传感器，在车载计算机中设置有AGV欲行驶路径周围环境图像数据库。AGV行驶过程中，摄像机动态获取车辆周围环境图像信息并与图像数据库进行比较，从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策。
这种AGV由于不要求人为设置任何物理路径，因此在理论上具有最佳的引导柔性，随着计算机图像采集、储存和处理技术的飞速发展，该种AGV的实用性越来越强。
（5）超声检测技术
超声检测技术是利用墙面或类似物体对超声波的反射信号进行定位导向，因而在特定的环境下可以提高路径的柔性。同时由于不需要设置反射镜面，也降低了导向成本。但是，当运行环境的反射情况比较复杂时，应用还十分困难。
（6）惯性导航技术
采用陀螺仪检测AGV的方位角并根据从某一参考点出发所测定的行驶距离来确定当前位置，通过与已知的地图路线进行比较来控制AGV的运动方向和距离，从而实现自动导向。
（7）图像识别技术
采用图像识别技术有2种方法，其一就是利用CCD系统动态摄取运行路径周围环境图像信息，并与拟定的运行路径周围环境图像数据库中的信息进行比较，从而确定当前位置及对继续运行路线做出决策。这种方法不要求设置任何物理路径，因此，在理论上是最佳的柔性导向。
但实际应用还存在问题，主要是实时性差和运行路径周围环境信息库的建立困难。其二就是标识线图像识别方法，它是在AGV运行所经过的地面上画1条标识明显的导向标线，利用CCD系统动态摄取标线图像并识别出AGV相对于标线的方向和距离偏差，以控制车辆沿着设定的标线运行。
（8）坐标检测技术
到得信号进行比较，调整车辆的运行方
向。
（4）视觉引导式AGV及其原理
视觉引导式AGV是正在快速发展和
成熟的AGV，该种AGV上装有CCD摄像
机和传感器，在车载计算机中设置有AGV欲行驶路径周围环境图像数据库。AGV行驶过程中，摄像机动态获取车辆周围环境图像信息并与图像数据库进行比较，从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策。
这种AGV由于不要求人为设置任何物理路径，因此在理论上具有最佳的引导柔性，随着计算机图像采集、储存和处理技术的飞速发展，该种AGV的实用性越来越强。
（5）超声检测技术
超声检测技术是利用墙面或类似物体对超声波的反射信号进行定位导向，因而在特定的环境下可以提高路径的柔性。同时由于不需要设置反射镜面，也降低了导向成本。但是，当运行环境的反射情况比较复杂时，应用还十分困难。
（6）惯性导航技术
采用陀螺仪检测AGV的方位角并根据从某一参考点出发所测定的行驶距离来确定当前位置，通过与已知的地图路线进行比较来控制AGV的运动方向和距离，从而实现自动导向。
（7）图像识别技术
采用图像识别技术有2种方法，其一就是利用CCD系统动态摄取运行路径周围环境图像信息，并与拟定的运行路径周围环境图像数据库中的信息进行比较，从而确定当前位置及对继续运行路线做出决策。这种方法不要求设置任何物理路径，因此，在理论上是最佳的柔性导向。
但实际应用还存在问题，主要是实时性差和运行路径周围环境信息库的建立困难。其二就是标识线图像识别方法，它是在AGV运行所经过的地面上画1条标识明显的导向标线，利用CCD系统动态摄取标线图像并识别出AGV相对于标线的方向和距离偏差，以控制车辆沿着设定的标线运行。
（8）坐标检测技术
采用微型电子坐标传感器通过对电磁场的
测量可以确定传感器相对于起始点的2个转角，
即横摆角和俯仰角。由于1个传感器只能测量出
相对于起始点的方位角，不能给出车辆运行距离，
即不能确定当前位置。因此，需要采用双坐标传
感器进行定位，其原理见图4。
测量时，首先确定2个已知距离为L的参考点A和B，为便于计算，以其中1点为起点。当车辆运行到C点时，可以测出2个坐标传感器分别相对于A、B点的角度α和β利用三角测量原理，由A点的坐标可以计算出C点的位置为
x=ytgα
y=L/(tgα+ctgβ)
利用坐标传感器可以实现AGV沿预先规划的路径运行。但是微型电子坐标传感器受电磁场的干扰较大。因此，远距离运行时的定位精度较低。
三、总结语
AGV通过特定的导航系统在固定的场地按照设置的路线完成货物的搬运。并且可以凭借四周所配备的传感器，确定货物或障碍物的位置，从而保证运输过程中的安全性。它在现代制造车间中具有广泛的应用前景。
AGV与计算机控制的全自动化生产装配系统有机地连接，可降低制造成本,提高作业安全性，提高劳动生产效率，并且节约能源保护环境。促进了企业的技术进步同时也降低了物料运输成本，有效地解放了劳动生产力，减轻了劳动强度，提高了企业的安全性，降低了企业事故的发生率。AGV在现代制造车间中高效准确地进行物料搬运操作具有较大的应用价值。因此，对于AGV的研究将有广大的前景。
参考文献
【1】 戴庆辉·先进制造系统·机械工业出版社·2005,9
【2】 盛晓敏，邓朝辉·先进制造技术·机械工业出版社·2008，1
【3】 张申生·敏捷制造的理论、技术与实践·上海交通大学出版社·2000,12